滲透檢測中滲透液的潤濕現象與接觸角

郭志偉

摘要：在滲透液檢測環節中用于檢測判定濕潤現象合理性和實用性最優的三種是沾濕、浸濕和鋪展。本文研究目的是針對潤濕的三種方式進行簡單分析，將重點放在滲透液潤濕性能的檢測上，利用專業化接觸角測定設備，精準測定接觸角參數，旨在為滲透液效果的判定提供可靠參考標準。

關鍵詞：滲透檢測;滲透液;潤濕現象;接觸角

Abstract： in the process of penetrant testing， the three best methods to determine the rationality and practicability of wetting phenomenon are wetting， soaking and spreading. The purpose of this paper is to make a simple analysis of the three ways of wetting， focusing on the detection of the wetting performance of the penetrant， using professional contact angle measurement equipment to accurately measure the contact angle parameters， in order to provide a reliable reference standard for the determination of the effect of the penetrant.

Keywords： penetrant testing; Osmotic solution; Wetting phenomenon; contact angle

引言：為進一步確定并保證滲透檢測應用的科學性和合理性，應提前在受檢對象試件上均勻涂抹滲透檢測液或其他有效液體。若未將檢測員涂抹在試件表面，會出現試件與氣體接觸發生反應的問題，涂抹檢測液后可以有效限制受檢試件表面受到干擾的程度，這就是人們所說的潤濕現象，也被人們統稱為潤濕過程。

作為滲透檢測操作中表現特征最為明顯的一種想象，潤濕現象利用滲透液進行滲透檢測的主要應用試劑，其中包含相關的清洗劑、乳化劑等多種類別，而滲透劑的主要作用就是表達固體受檢試件以及表面破損之間的關系，將固體受檢試件的潤濕情況及被潤濕關系明確清晰地呈現。若不發生潤濕現象，滲透檢測工作將無法開展后續操作。

1潤濕的主要三種方法

檢查潤濕現象最為合理三種方式分別是粘濕、浸濕以及鋪展，在滲透檢測中扮演著不同的“角色”。

保證滲透液在固體受檢試件的接觸角為θ≤180°產生的情況為粘濕，若接觸角為θ≤90°發生的情況為浸濕，當接觸角為θ≈0°時，潤濕的程度為鋪展。

以上三種方式為較為普遍的潤濕過程。相比較來說，鋪展的要求較為嚴格，浸濕的所需較為普通，而粘濕的所需最低。直白來講，只要能實現鋪展，其余兩種方式都可以完成。因此滲透檢測需要相關人員完成鋪展。

1.1粘濕

粘濕的主要的作用就是讓液體與固體充分接觸，促使部分界面施行相應的轉變過程。具體情況如圖1所示。

假如各部分界面都是單位面積，通過該過程可以計算出相應的變化值為△G為[3-4]：△G=yS-G+yL-G-yS-L，可以間接得出粘附功WA=△G=yS-G+yL-G-yS-L因此，不難發現WA的作用結果越大，液體更容易作用于固體表面，相關的噴涂法的工作內容就要是以粘濕為基準的。

1.2浸濕

在常溫常壓可實現逆轉的狀況下，將具有表面的固體體浸入到液體中，從而實現界面轉變，這種又被稱作浸濕潤濕，進行界面轉變環節時，液體本身不會發生變化，具體情況如圖2所示。計算浸濕潤濕的公式為△G=yS-G-yS-L=W1，W1所代表含義為浸濕功率。

這是一種在固體表面產生作用并代替氣體能力的衡量方法，同時會對對抗液體表面因收縮膨脹產生的浸潤力產生作用，因此又被稱作粘附張力，因此有被人們稱為而液體浸濕的標準準則為W1≥θ。直白來講，浸涂法添加滲透液的過程等同于浸濕潤濕的過程。

1.3鋪展

在固定表面上均勻滴上液體，當重新產生的液體固態截面取代氣體時，也進一步增加了對應的氣固界面作用面積，這就是人們常說的鋪展，具體實例如圖3為準。液體鋪展過程中，液氣界面會逐步替代原有的氣固界面，同時在一定程度上增加了對應氣液界面的作用面積。

在標準環境下，計算可逆鋪展的方式為，△G=yS-G-yS-L-yL-G，WS=△G=yS-G-yS-L-yL-G，WS所代表是鋪展系數，也可以稱之為鋪展功率，當實現WS≥θ時，液體可以實現自動鋪展。

進行相應的噴涂法運用時，需重點關注受檢試件上是否充分覆蓋了滲透液，同時需要確認滲透液的自動鋪展[1]。

2潤濕方式的判別

2.1計算公式

當前，只有通過對于yL-G假設進行實驗判別，而相關的yS-G和yS-L無法得出相應結果，因此上面的公式知識進行了理念的分析，不能直接作用于滲透檢測實際工作中。

隨著理念的不斷創新，相關學者發現潤濕現象還與接觸角有著明顯的關聯，而接觸角的大小可以通過科學合理的試驗來進行判斷，因此，可以根據上述理論，并結合相關試驗得出yL-G與接觸角的數值，作為各類潤濕狀況科學合理的憑證。

通過對楊氏公式的變通，能計算出潤濕方式所產生粘附功率WA、浸濕功率W1以及鋪展功率WS，普遍的計算方式為;yS-G=yS-L+yL-Gcosθ以及yL-Gcosθ=yS-G-yS-L，根據個別情況也可以改變為假設A=yL-Gcosθ=yS-G-yS-L，WA=A+yL-G=yL-G（cosθ+1）等多種運算方式[2]。

由此可見，發生潤實施，各種類型所產生的能力變化也是不相同的，只要在潤濕時，所產生的能量變化才是正值。既鋪展潤濕為WS≥0時則θ值為0，當浸入潤濕程度為WI≥0時，結果為θ≤90°與此同時，當粘附潤濕程度為WA≥0時

Θ的值為θ≤180°。

要想滲透液深入到表面傷口中，就要確保滲透液在受檢工作的潤濕類型為鋪展潤濕，避免滲透液出現無法滲入的情況。

如何將接觸角θ作為判斷潤濕程度，就要實現θ≤180°，就能產生相應的沾濕潤濕，當θ≤90°時也可以發生浸濕現象，只有θ≈0°時才能實現鋪展方式。

2.2實際判斷

假設相應的滲透液為E，表面張力為23.5mN/m，接角θ為實際測量數值。例如，在不銹鋼表現為4.3°以及銅合金為2.0°在兩種金屬上可否能產生相關鋪展潤濕現象。根據相關公式為Ws=yL-G（cosθ-1）得出相關結果。積極促使相關金屬表面是否能發生鋪展潤濕[3]。

3接觸角θ與潤濕方程

3.1接觸角的概述

固體表面形成的液體狀態通常情況下呈現扁平狀和圓珠狀，形狀間的差異性主要是由界面張力大小決定的。較為明顯的兩種狀態具體如圖4所示。當系統實現平衡時，在三種類型交界處，所產生的夾角稱之為接觸角，用相應的符號θ來表示，接觸角的大小往往都是通過實例來檢測的。

3.2潤濕方程

接觸角的大小往往是通過特定方式所決定。通過對于接觸角數值的得出，顯現液體對于固體的潤濕情況。在通常情況下，計算公式為：yS-G=yS-L+yL-GCOSθ

被廣大學者稱之為楊氏潤濕方程。

假設，如果yS-G-yS-L=yL-G，那么cosθ結果為1，而θ的值為0，這樣的情況屬于完全浸濕狀態。液面呈現相應的狀態，半球狀就屬于這一類別。當呈現的結果為0°時，讓沒有實現平衡，因此相關的公式不符合預期目標，液體仍然作用于固體表面，形成相應的薄膜。

當達到yS-G-yS-LyL-G>0，若想要實現固體被液體潤濕，應實現1>cosθ>0。

在日常潤濕過程中，各個界面的張力均為變量，變量有著相應大小以及方向的變化。要想確保更仔細顯現各個界面張力的大小以及作用方向，就要嚴格遵守相關的計算方式。

圖5為相關的潮濕狀態，在各個界面顯現的張力中，基于液體表面張力yL-G為基準的情況下，假設固氣界面張力為yS-G，而計算潮濕方程為yL-Gcosθ=yS-G-yS-L

通過相應的加減法得出相關結論[4]。

而圖6則是表現為不潤濕情況。根據圖5所顯現的情況相同，在各個界面張力表現中，只有液體表面張力yL-G的情況為確定因素，假如，固氣界面的張力為yS-G

根據圖6所示，計算方法為yL-Gcosθ=yS-G-yS-L，通過這種計算方式得出固液界面張力為yS-L。

4結束語

綜上所述，通過參考理論專業知識，探討三種方式進行滲透檢測中潤濕現象相關界面張力大小和作用測定，為后續的滲透檢測工作提供穩定可靠的參考標準。

參考文獻：

[1]鄒尊斌， 任俊波， 王偉，等. 滲透檢測中缺陷開口大小及形式對缺陷檢測能力的影響研究[J]. 科技視界， 2020， No.302（08）：128-130.

[2]葛懷文、楊釗、楊金友. 滲透檢測質量可靠性主要影響因素的試驗研究[J]. 云南化工， 2020， v.47;No.257（10）：82-83+86.

[3]劉順勤. 滲透檢測在工業管道定期檢驗中的運用[J]. 化工管理， 2020， No.556（13）：155-156.

[4]趙洋， 江紹靜， 段景杰，等. 特低滲透油藏超級納米強降驅油劑的研究與應用——以延長油區志丹油田試驗區為例[J]. 非常規油氣， 2019， 006（002）：68-72.

（作者單位：上海振華重工集團機械設備服務有限公司）